c 数据库 异步io

C 数据库异步 IO 的原理与实现

原理

C语言中的异步IO（Asynchronous I/O）是一种允许程序在发起IO操作后继续执行其他任务，而不需要等待IO操作完成的技术，其基本原理可以概括为以下几点：

1、非阻塞性：在异步IO模型中，当程序发起一个IO操作（如读取文件、写入数据库等）时，该操作不会立即阻塞程序的执行，相反，程序会立即返回并继续执行其他任务，这使得程序可以在等待IO操作完成的同时，充分利用CPU资源去执行其他计算或处理其他任务。

2、事件通知：虽然IO操作是非阻塞的，但程序需要一种机制来获知IO操作何时完成，这通常是通过事件通知来实现的，操作系统会在IO操作完成时生成一个事件，并将该事件放入事件队列中，程序可以通过检查事件队列来获知是否有IO操作已经完成。

3、回调函数：另一种常见的机制是使用回调函数，程序可以在发起IO操作时注册一个回调函数，当IO操作完成时，操作系统会自动调用这个回调函数，回调函数中包含了处理IO操作结果的逻辑。

实现

在C语言中，实现异步IO通常涉及以下几个关键步骤：

1、发起异步IO操作：程序使用特定的系统调用或API来发起异步IO操作，在Linux系统中，可以使用aio_read和aio_write等函数来发起异步读写操作，这些函数会立即返回，而不会等待IO操作完成。

2、注册回调函数：如果使用回调函数机制，程序需要在发起IO操作时注册一个回调函数，当IO操作完成时，操作系统会自动调用这个回调函数。

3、检查事件队列或等待回调：程序需要定期检查事件队列以查看是否有完成的IO操作，如果使用回调函数机制，则程序可以简单地等待回调函数的调用即可。

4、处理IO操作结果：一旦发现有完成的IO操作（无论是通过检查事件队列还是通过回调函数），程序就需要处理该操作的结果，这可能包括读取数据、写入数据确认、错误处理等。

以下是一个使用libaio库实现异步IO的简单示例：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <aio.h>
#define BUFFER_SIZE 1024
void aio_completion_handler(sigval_t sigval) {
    struct aiocb *req = (struct aiocb *)sigval.sival_ptr;
    if (aio_error(req) == 0) {
        int nbytes = aio_return(req);
        printf("Read %d bytes
", nbytes);
    } else {
        perror("Read error");
    }
}
int main() {
    int fd = open("example.txt", O_RDONLY);
    if (fd == -1) {
        perror("open");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    char buffer[BUFFER_SIZE];
    struct aiocb cb;
    memset(&cb, 0, sizeof(struct aiocb));
    cb.aio_fildes = fd;
    cb.aio_buf = buffer;
    cb.aio_nbytes = BUFFER_SIZE;
    cb.aio_offset = 0;
    sigevent sev;
    sev.sigev_notify = SIGEV_THREAD; // 使用线程通知
    sev.sigev_notify_function = aio_completion_handler;
    sev.sigev_value.sival_ptr = &cb;
    if (aio_read(&cb) == -1) {
        perror("aio_read");
        close(fd);
        exit(EXIT_FAILURE);
    }
    // 模拟其他工作
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        printf("Working...
");
        sleep(1);
    }
    close(fd);
    return 0;
}

这个示例展示了如何使用libaio库发起一个异步读操作，并在读操作完成时通过线程回调函数来处理结果，需要注意的是，libaio库在某些系统上可能不可用或行为不一致，因此在实际应用中需要谨慎使用并进行充分的测试。